Tracteur à gravité - Gravity tractor
Un tracteur à gravité est un vaisseau spatial théorique qui dévierait un autre objet dans l'espace, généralement un astéroïde potentiellement dangereux qui pourrait impacter la Terre, sans le contacter physiquement, en utilisant uniquement son champ gravitationnel pour transmettre l' impulsion requise . La force gravitationnelle d'un véhicule spatial proche, bien que petite, est capable de modifier la trajectoire d'un astéroïde beaucoup plus gros si le véhicule passe suffisamment de temps près de lui ; tout ce qui est requis est que le véhicule pousse dans une direction cohérente par rapport à la trajectoire de l'astéroïde, et que ni le véhicule ni sa masse de réaction expulsée n'entrent en contact direct avec l'astéroïde. Le vaisseau spatial tracteur pourrait soit planer près de l'objet dévié, soit le mettre en orbite, en dirigeant son échappement perpendiculairement au plan de l'orbite. Le concept présente deux avantages clés : à savoir qu'il n'y a essentiellement rien à savoir à l'avance sur la composition mécanique et la structure de l'astéroïde ; et que les quantités relativement faibles de force utilisées permettent une manipulation et une détermination extrêmement précises de l'orbite de l'astéroïde autour du soleil . Alors que d'autres méthodes de déviation nécessiteraient la détermination du centre de masse exact de l'astéroïde et qu'un effort considérable pourrait être nécessaire pour arrêter sa rotation ou sa rotation, en utilisant la méthode du tracteur, ces considérations ne sont pas pertinentes.
Avantages
Un certain nombre de considérations se posent concernant les moyens d'éviter une collision dévastatrice avec un objet astéroïde, si celui-ci devait être découvert sur une trajectoire qui devait conduire à un impact terrestre à une date future. L'un des principaux défis est de savoir comment transmettre l' impulsion requise (éventuellement assez grande) à un astéroïde de masse, de composition et de résistance mécanique inconnues, sans le briser en fragments, dont certains pourraient être eux-mêmes dangereux pour la Terre s'ils sont laissés dans un orbite de collision. Le tracteur à gravité résout ce problème en accélérant doucement l'objet dans son ensemble sur une période de temps prolongée, en utilisant la propre masse du vaisseau spatial et le champ gravitationnel associé pour effectuer la force de déviation nécessaire. En raison de l' universalité de la gravitation , affectant toutes les masses de la même manière, l'astéroïde serait accéléré presque uniformément dans son ensemble, seules les forces de marée (qui devraient être extrêmement faibles) provoquant des contraintes sur sa structure interne.
Un autre avantage est qu'un transpondeur sur le vaisseau spatial, en surveillant en permanence la position et la vitesse du système tracteur/astéroïde, pourrait permettre de connaître avec précision la trajectoire post-déviation de l'astéroïde, assurant son placement final sur une orbite sûre.
Limites
Les limites du concept de tracteur incluent la configuration d'échappement. Avec la conception de vol stationnaire la plus efficace (c'est-à-dire pointant l'échappement directement vers l'objet cible pour une force maximale par unité de carburant), la masse de réaction expulsée frappe la cible de front, conférant une force exactement dans la direction opposée à l'attraction gravitationnelle du tracteur. Il serait donc nécessaire d'utiliser le schéma du tracteur en orbite décrit ci-dessous, ou bien de concevoir le tracteur en vol stationnaire de manière à ce que son échappement soit dirigé légèrement à l'opposé de l'objet, tout en pointant suffisamment "vers le bas" pour maintenir un vol stationnaire stable. Cela nécessite une poussée plus importante et une consommation de carburant accrue en conséquence pour chaque changement de mètre par seconde de la vitesse de la cible.
Des questions sur l'effet de la poussée de propulsion ionique sur la poussière des astéroïdes ont été soulevées, suggérant que d'autres moyens de contrôler la position de maintien en position du tracteur à gravité doivent être envisagés. A cet égard, des voiles solaires ont été proposées.
Selon Rusty Schweickart , la méthode du tracteur gravitationnel est également controversée, car au cours du processus de modification de la trajectoire d'un astéroïde, le point sur Terre où il pourrait probablement frapper serait lentement déplacé d'un pays à l'autre. Cela signifie que la menace pour la planète entière serait minimisée au détriment de la sécurité de certains États spécifiques. De l'avis de Schweickart, choisir la façon dont l'astéroïde devrait être « traîné » serait une décision diplomatique difficile.
Exemple
Pour avoir une idée de l'ampleur de ces problèmes, supposons qu'un objet géocroiseur d'une taille d'environ 100 m et d'une masse d'un million de tonnes métriques menace d'impacter la Terre. Supposons aussi que
- une correction de vitesse de 1 centimètre par seconde serait suffisante pour le placer sur une orbite sûre et stable, manquant la Terre
- que la correction devait être appliquée dans un délai de 10 ans.
Avec ces paramètres, l'impulsion requise serait : V × M = 0,01 m/s × 10 9 kg = 10 7 Ns, de sorte que la force moyenne du tracteur sur l'astéroïde pendant 10 ans (qui est de 3,156 × 10 8 secondes), serait doit être d'environ 0,032 newtons . Un vaisseau spatial ion-électrique avec une impulsion spécifique de 10 000 Ns par kg, correspondant à une vitesse de faisceau d'ions de 10 kilomètres par seconde (environ 20 fois celle obtenue avec les meilleures fusées chimiques), nécessiterait 1 000 kg de masse réactionnelle (le xénon est actuellement favorisé) pour donner l'impulsion. La puissance cinétique du faisceau d'ions serait alors d'environ 158 watts ; la puissance électrique d'entrée du convertisseur de puissance et de l'entraînement ionique serait bien entendu sensiblement plus élevée. Le vaisseau spatial devrait avoir une masse suffisante et rester suffisamment proche de l'astéroïde pour que la composante de la force gravitationnelle moyenne sur l'astéroïde dans la direction souhaitée soit égale ou supérieure aux 0,032 newtons requis. En supposant que le vaisseau spatial survole l'astéroïde à une distance de 200 m de son centre de masse, cela nécessiterait qu'il ait une masse d'environ 20 tonnes métriques, car en raison de la force gravitationnelle que nous avons
Considérant les positions de vol stationnaire ou les orbites possibles du tracteur autour de l'astéroïde, notez que si deux objets sont liés gravitationnellement sur une orbite mutuelle, alors si l'un reçoit une impulsion arbitraire qui est inférieure à celle nécessaire pour le libérer de l'orbite autour de l'autre, à cause de les forces gravitationnelles entre eux, l'impulsion modifiera la quantité de mouvement des deux, considérés ensemble comme un système composite. C'est-à-dire que tant que le tracteur reste sur une orbite liée, toute force de propulsion qui lui est appliquée sera effectivement transférée à l'astéroïde sur lequel il orbite. Cela permet une grande variété d'orbites ou de stratégies de vol stationnaire pour le tracteur. Une possibilité évidente est que le vaisseau spatial orbite autour du NEO avec la normale à l'orbite dans la direction de la force souhaitée. Le faisceau d'ions serait alors dirigé dans la direction opposée, également perpendiculaire au plan de l'orbite. Cela entraînerait un déplacement du plan de l'orbite par rapport au centre de l'astéroïde, le "remorquant", tandis que la vitesse orbitale, normale à la poussée, resterait constante. La période orbitale serait de quelques heures, essentiellement indépendante de la taille, mais faiblement dépendante de la densité du corps cible.
